يمكن أن يؤدي النهج الجديد لإعادة كتابة الشفرة الجينية للبكتيريا إلى أدوية جديدة. هناك طريق مؤلفة من أربعة أحرف تنتج من 20-21 حمض أميني وتعمل علي إنتاج العديد من البروتينات التي تشكل مناظرنا الخارجية والتعددية والإختلافات التي نتميز بها وتصنع منها قوي التطور الخفية التي تصنع تميزا لكل هصر عن عصر متتالية فصنعت تاريخا في كل مناحي الحياة. وكأنها سر حياة أخر علاوة علي الماء جعل منها كل شيئ حي.
هذه الحروف الأربعة تمثل بداية للادارة المركزية التي تربي وتضاعف من نفسها ثم تنسخ رسولا يخرج بمرسال لتصنيع بروتين الحاجة الطارئة علي مستوي الخلية والنسيج والعضو والجسد ككل وتنتج كذلك ناقلا ينقل كودونات هذه الأحماض الأمنية المكونة لوحدة البروتين ومنها الصغير والدقيق الذي يتحكم في حرية التعبير للجينات عن نفسها. وتتابعات أخري توقف وتبدأ رحلة الإنتاج. الجديد أن هذه التتابعات يتم إعادة كتابتها بشكل جديد
يشرح المحرر روبرت اف سيرفس جون. هذا العمل في إعادة كتابة هذه الأحرف في البكتريا فنري قدرة أخري لحياة البكتريا مع المضادات الحيوية. تقوم جميع الكائنات الحية تقريبًا ببناء بروتيناتها من مجموعات من 20 نوعًا من الأحماض الأمينية المختلفة. لإضافة أحماض أمينية جديدة إلى المركب الناتج من البروتين ، أعاد العلماء هندسة الجينات وقطع أخرى من آلات بناء البروتين.
مما أدى إلى بروتينات ذات خصائص كيميائية فريدة مفيدة في صنع الأدوية. لكن العمل شاق ويمكنه عادةً إضافة حمض أميني جديد واحد فقط في كل مرة.الآن ، فتح الباحثون الباب على مصراعيه لعمل المزيد. أفادوا اليوم أن إعادة كتابة واسعة لجينوم البكتيريا تتيح لهم إضافة العديد من الأحماض الأمينية الجديدة إلى بروتين واحد. يمكن أن يفتح العمل طرقًا جديدة لتصنيع المضادات الحيوية والأدوية المضادة للأورام.
يقول تشانغ ليو ، عالم الأحياء الاصطناعية في جامعة كاليفورنيا ، إيرفين: "إنني معجب جدًا بهذه الورقة". "إنها معلم هام في قوس إعادة هندسة الشفرة الجينية."كان الجهد الجديد جاريًا منذ عقود. كان أحد الأساليب المبكرة لإنشاء البروتينات المصممة هو التحكم في المكونات الخلوية لصنع البروتين وحملها على إدخال أحماض أمينية غير طبيعية.
عندما تصنع الخلايا بروتينات ، يتم أولاً نسخ رمز الحمض النووي الدنا لـ A و C و G و T إلى الرناRNA (حيث يحل U محل T). يُقرأ الحمض النووي الريبي على شكل سلسلة من الكلمات المكونة من ثلاثة أحرف ، والمعروفة باسم الكودونات ، والتي يرمز معظمها لواحد من الأحماض الأمينية الطبيعية العشرين التي يتم إدخالها في البروتين. ولكن نظرًا لوجود 64 كودونًا من ثلاثة أحرف ، فهناك نسخ مكررة: ستة أكواد ، على سبيل المثال ، رمز سيرين الأحماض الأمينية. ثلاثة أكواد لا ترمز إلى حمض أميني ؛ بدلاً من ذلك ، يوجهون الخلايا للتوقف عن بناء البروتينات تسمي كودونات التوقف كإشارات السكة الحديد وبدلا من القطار يكون إنزيم البناء من الريبوسوم.
في البداية ، قام الباحثون بإدخال أحماض أمينية غير طبيعية(مخلقة) عن طريق جعل الآلية الخلوية تضيف واحدة كلما شاهدت كودون توقف معين. على الرغم من أن هذا النهج أصبح أكثر تعقيدًا ، إلا أنه لا يزال بإمكانه بشكل عام إدخال حمض أميني واحد فقط لكل بروتين ، كما يقول جيسون تشين ، عالم الأحياء الاصطناعية في مختبر مجلس البحوث الطبية للبيولوجيا الجزيئية.
على أمل إضافة المزيد ، سعى تشين وزملاؤه إلى إعادة توظيف اثنين من الكودونات الستة التي عادةً ما ترمز إلى السيرين. في دراسة أجريت عام 2019 ، استخدم الباحثون أداة تصويب الجينات بتقنية CRISPR-Cas9 لإنشاء سلالة بكتريا الأمعاء Escherichia coli المعروفة باسم Syn61. لتحقيق ذلك ، قاموا باستبدال أكثر من 18000 كودون سيرين في جينوم البكتيريا البالغ طوله 4 ملايين قاعدة.
استبدل الباحثون شفرات التوقف UCG و UCA - و Stop codon UAG - بـ "المرادفات" AGC و AGU و UAA ، على التوالي. وهذا يعني أن السيرين سيظل مدمجًا في الأماكن الصحيحة لبروتينات Syn61 المتنامية. لكن أكواد UCG و UCA و UAG أصبحت الآن "فراغات" فعالة لم تعد مشفرة لأي شيء في البروتين ، وبالتالي كانت جاهزة لإعادة استخدامها.
هذا التغيير هو ما أنجزه تشين وزملاؤه الآن. من خلال العمل مع سلالة بكتريا الامعاء الايشركية Syn61 ، قام العلماء بحذف جينات لجزيئات تسمى الحمض النووي الريبي (tRNAs) التي تتعرف على UGC و UCA وتضيف السيرين إلى بروتين نامي. قاموا أيضًا بإزالة المركب الكيميائي الذي يوقف تخليق البروتين استجابةً لكودون الإيقاف UAG. ثم أضاف الباحثون الجينات مرة أخرى مع tRNAs جديدة من شأنها أن تدخل أحماض أمينية غير طبيعية كلما واجهوا UGC أو UCA أو UAG. أخيرًا ، كتبوا تلك الكودونات مرة أخرى في الجينوم حيث أرادوا ظهور الأحماض الأمينية غير الطبيعية. أفاد الباحثون أن ذلك سمح لهم بإضافة ثلاثة أحماض أمينية غير طبيعية دفعة واحدة إلى بروتينات فردية. يمكنهم أيضًا كتابة نسخ متعددة من كل منها.
يقول أبهيشيك تشاترجي ، عالم الأحياء الاصطناعية في كلية بوسطن: "لقد أحدثت تأثيرًا حقيقيًا". سمحت التغييرات لـ Chin وزملائه بربط الأحماض الأمينية الجديدة معًا في سلسلة من الهياكل الحلقية التي تشبه إلى حد بعيد المضادات الحيوية والأدوية المضادة للأورام الموجودة. ونظرًا لوجود العشرات من الأحماض الأمينية غير الطبيعية المختلفة للاختيار من بينها ، يمكن إدخال عدد لا يحصى من التركيبات بهذه الطريقة. يقول تشاترجي إن هذا يفتح الباب أمام إنشاء مكتبات واسعة من الأدوية الجديدة المحتملة. يضيف تشين أنه يمكن للباحثين أيضًا توسيع إستراتيجية إعادة توظيف الكودونات الزائدة عن الحاجة لإضافة المزيد من الأحماض الأمينية الجديدة - والمزيد من التنوع الكيميائي - إلى المزيج.
ويقول ليو إنه ربما كان الشيء المثير للاهتمام هو ما تعنيه التغييرات الجينومية بالجملة للفيروسات التي تصيب عادة بكتيريا الإشريكية القولونية. في عام 2013 ، أفاد الباحثون أن إعادة هندسة أكواد الإيقاف الخاصة بالإشريكية القولونية يمكن أن تعطل قدرة الفيروس يستخدم للتكرار. حدث ذلك لأن الفيروسات تعتمد على الكودونات الطبيعية للإشريكية القولونية لصنع بروتينات وظيفية. لم تكن الإستراتيجية مضمونة في إيقاف العدوى الفيروسية ، لأن إيقاف الكودونات لا يحدث كثيرًا في كثير من الأحيان ، وتمكنت بعض الفيروسات من تطوير طريقها للتغلب على التغييرات.
لكن الفيروسات تتطلب عادةً عددًا أكبر من السيرينات في كل بروتين. نظرًا لأن Syn61 المعدل لم يعد يدخل السيرين عندما تقرأ آلية بناء البروتين الخاصة به رموز UCG أو UCA ، لم تتمكن الفيروسات من الحصول على Syn61 لبناء بروتينات فيروسية عاملة ، وبالتالي منعها من التكاثر في الخلايا البكتيرية.
يقول ليو: "يبدو هذا أكثر قوة" من النهج السابق. ويضيف أن هذا يمكن أن يكون نعمة لشركات التكنولوجيا الحيوية التي تتطلع إلى حماية الكائنات الحية المهندسة التي تنتج الأدوية أو المواد الكيميائية الأخرى القيمة.
Post A Comment: